第二章_3金属材料在汽车上应用

（二）汽车冷冲压零件用材 在汽车零件中，冷冲压零件种类繁多，约占 总零件数的50%～60%。汽车冷冲压零件的材料有 钢板和钢带，其中主要是钢板，包括热轧钢板和 冷轧钢板，如08、20、25和Q345等。
热轧钢板主要用来制造一些承受一定载荷的 结构件，如保险杠、刹车盘、纵梁等。这些零件 不仅要求钢板具有一定刚度、强度，而且还要具 有良好的冲压成型性能。冷轧钢板主要用来制造 一些形状复杂，受力不大的机器外壳、驾驶室、 轿车的车身等覆盖零件。这些零件对钢板的强度 要求不高，但却要求具有优良的表面质量和冲压 性能，以保证高的成品合格率。
（4）典型曲轴的选材 锻造曲轴一般采用优质中碳钢和中碳合金钢 制造，如30、45、35Mn2、40Cr、35CrMo（钼）等。 铸造曲轴主要由铸钢、球墨铸铁、珠光体可锻铸 铁及合金铸铁等制造，如ZG230-450、QT600-3、 QT700-2、KTZ450-5、KTZ500-4等。
3.4.2.2
3．活塞组 活塞、活塞销和活塞环等零件组成活塞组。 常用的活塞材料是铝硅合金，其性能特点是导热 性好、密度小、膨胀系数减小，耐磨性、耐蚀性、 硬度、刚度和强度提高。铝硅合金活塞需进行固 溶处理及人工时效处理，以提高表面硬度。
活塞销材料一般用20、20Cr、20CrMnTi等低 碳、低碳合金钢，表面进行渗碳或碳氮共渗处理， 以满足材料外表面硬而耐磨、内部韧而耐冲击的 要求。
（2）典型板簧选材 汽车板簧一般选用弹性高的合金弹簧钢来制 造，如65Mn、65Si2Mn钢等。对于中型或重型汽车， 板簧还采用50CrMn、55SiMnVB钢；对于中型载货 汽车用的大截面积板簧，则采用55SiMnMoV（钒）、 55SiMnMoVNb（铌）钢制造。
二、金属材料在汽车上的应用
（一）汽车结构零件用材 1.发动机缸体和缸套材料 缸体常用的材料有灰铸铁和铝合金两种。铝 合金的密度小，但刚度差、强度低、价格贵。所 以，除了某些发动机为减轻重量而采用铝合金外， 一般缸体材料均采用灰铸铁。
汽车半轴的选材
１、受力状况 ２、失效形式 ３、选材 ４、热处理工艺
半轴
汽车半轴通常选用调质钢制造。中、小型汽 车的半轴一般用45钢、40Cr，而重型汽车则用 40MnB 、40CrNi或40CrMnMo等淬透性较高的合金钢 制造。半轴加工中常采用喷丸处理及滚压凸缘根 部圆角等强化方法。
3．汽车板簧 （1）汽车板簧失效形式及性能要求 汽车板簧用于缓冲和吸振，承受很大的交变 应力和冲击载荷。汽车板簧的主要失效形式为刚 度不足引起的过度变形或疲劳断裂。因此，对汽 车板簧的性能要求是材料要有较高的屈服强度和 疲劳强度。
近年开发的加工性能良好、强度（屈服强度 和抗拉强度）高的薄钢板——高强度钢板，由于 其可降低汽车自重、提高燃油经济性而在汽车上 获得应用，如已用于制造车身外面板（包括车顶、 前脸、后围、发动机罩、车门、行李箱等）、车 身内蒙保险杠、横梁、边梁、支架、发动机框架 等。
（２）齿轮常见的失效形式:
e.塑性变形：重载且摩擦力很大时，齿面较软的轮齿表面就 会沿摩擦力方向产生塑性变形。
（3）对汽车齿轮的性能要求
1）高的弯曲疲劳强度，特别是齿根处要有足 够的强度； 2）高的齿面硬度和耐磨性； 3) 较高的心部强度和冲击韧性； 4) 较好的热处理性能，热处理变形小。
（4）典型汽车齿轮选材 汽车齿轮用材是合金渗碳钢20Cr或 20CrMnTi，并经渗碳、淬火和低温回火。 渗碳、淬火、回火后，还可采用喷丸处 理，增大表面应压力，有利于提高疲劳 强度，并清除氧化皮。
3.4.2 汽车轴类零件的选材
用于支撑传动零件（如齿轮、凸轮等）、传递运动和动力
3.4.2 汽车轴类零件的选材
性能要求：
１、良好的综合力学性能，足够的强度、硬度、塑性 和一定的韧性，以防止过载断裂和冲击断裂。 ２、高的疲劳强度，对应力集中敏感性低，以防疲劳 断裂。 ３、足够的淬透性，热处理后表面要有高硬度、高耐 磨性，以防磨损失效。 ４、良好的切削加工性能，价格便宜。
气缸的缸体一般采用普通铸铁或铝合金，而 气缸工作面则用耐磨材料，制成缸套镶入气缸。 常用缸套材料为耐磨合金铸铁，主要有高磷铸铁、 硼铸铁、合金铸铁等。为了提高缸套的耐磨性， 可以用镀铬、表面淬火、喷镀金属钼或其他耐磨 合金等办法对缸套进行表面处理。
2．发动机缸盖
缸盖主要用来封闭气缸构成燃烧室。目前使 用的缸盖材料有两种：一种是灰铸铁或合金铸铁； 另一种是铝合金。铸铁发动机缸盖具有高温强度、 铸造性能好、价格低等优点，但其导热性差、重 量轻，但其高温强度低，使用中容易变形、成本 较高。
连杆材料一般采用45钢、40Cr或40MnB等调质 钢。合金钢虽具有很高强度，但对应力集中很敏 感。
气门
进气门一般可用40Cr、35CrSi、 38CrSi、 42Mn2V等合金钢制造；而排气门则要求用高铬耐 热钢制造，采用4Cr10Si2Mo作为气门材料时工作 温度可达550~650 ℃ 。
螺栓、铆钉等冷镦零件 常用的螺栓材料有10、15（木螺栓，铆钉）、 35(普通螺栓)、40Cr和15MnVB(重要螺栓)等。
（２）齿轮常见的失效形式:
b.齿面磨损：灰尘、砂粒、金属微粒等落入轮齿间，会使齿 面间产生摩擦磨损。
c.齿面点蚀：轮齿工作面某一固定点 受到近似脉动的变应力作用，由于疲 劳而产生的麻点状剥蚀损伤的现象。
（２）齿轮常见的失效形式:
d.齿面胶合：高速重载传动中，齿面间压力大，瞬时温度高， 润滑油模被破坏，齿面间会发生粘接在一起的现象，在轮齿 表面沿滑动方向出现条状伤痕，称为胶合。
活塞环材料目前一般多用珠光体基体的灰铸 铁或在灰铸铁基础上添加一定量的铜、铬、钼及 钨等合金元素的合金铸铁，也有的采用球墨铸铁 或可锻铸铁。为了改善活塞环的工作性能，活塞 环宜进行表面处理。目前应用最广泛的是镀铬， 可使活塞环的寿命提高２～３倍。其他表面处理 的方法还有喷钼、磷化、氧化、涂敷合成树脂等。
利用齿轮改变速比
降速增扭，调节左右轮速
3.4 典型汽车零件的选材
3.4.1 汽车齿轮的选材 （1）汽车齿轮的工作条件 受力较大，受冲击频繁，对其耐磨性、疲式:
a.轮齿折断 ：当该应力值超过材料的弯曲疲劳极限时，齿 根处产生疲劳裂纹，并不断扩展使轮齿断裂。此外，突然 过载、严重磨损及安装制造误差等也会造成轮齿折断。
第四节
金属材料在汽车上的应用
在汽车制造过程中，从设计新产品、改造老产品到维修、更换零 件，都会涉及到零件的选材、热处理工艺的确定和热处理工序安排等 问题。这对提高产品质量和生产率，降低成本有着重要的意义。
一、典型汽车零件的选材 二、金属材料在汽车上的应用
一、典型汽车零件的选材
1．汽车齿轮的选材 （1）汽车齿轮的工作条件 汽车齿轮主要在变速器和差速器中
曲轴在工作中受到弯曲、扭转、剪切、拉压、 冲击等交变应力。而且，应力分布极不均匀； 曲轴颈与轴承还发生滑动摩擦。
（2）曲轴的主要失效形式
疲劳断裂和轴颈严重磨损两种。
（3）对曲轴的性能要求： 1）高的强度和一定的冲击韧度； 2）足够的抗弯、扭转及疲劳强度； 3）足够的刚度； 4）轴径表面有高的硬度和耐磨性。
3.4.2 汽车轴类零件的选材
轴类零件的选材要考虑材料的强度，也要考虑冲击韧性和 表面耐磨性。
轴一般用锻造或轧制的低、中碳钢或合金钢制造。
常用的优质碳素结构钢有35、40、45、50钢等，其中45 钢最常用。
常用的合金钢有20Cr、40Cr、40CrNi、20CrMnTi、40MnB 等。
2．汽车发动机曲轴 （1）汽车发动机曲轴的工作条件